Tag Archives: природного газа

Технология GTL (Gas to liquids)

Газ в жидкость (Gas to liquids) – процесс преобразования природного газа или других газообразных углеводородов в длинноцепочные углеводороды, такие как бензин и дизтопливо. Богатые метаном газы преобразуются в жидкие синтетические топлива либо путем прямой конверсии, либо через синтез-газ как промежуточный продукт.

При прямой конверсии метан преобразуется в метанол без применения катализаторов в один этап. Эта технология позволяет получать дешевый продукт, но реакция конверсии трудно поддается контролю. Поэтому этот способ не получил широкого применения.

Для получения топлива через синтез-газ используются три основных процесса: Фишера-Тропша, MTG (Methanol to gasoline) компании Mobil и STG+ (Syngas to gasoline plus).

Процесс Фишера-Тропша

 

Процесс Фишера-Тропша был разработан в Германии в середине 20-х годов прошлого века. Он начинается с парциального (частичного) окисления метана (природного газа) в диоксид углерода, монооксид углерода, водород и воду. Кислород либо берется из воздуха (что делает газ менее насыщенным), либо подается из воздушного криогенного сепаратора (что увеличивает стоимость). Соотношение монооксида углерода и водорода (1:2) регулируется реакцией с водяным газом, а избыток диоксида углерода удаляется с помощью водных растворов алканоаламина (или физическим растворением). После удаления воды остается синтез-газ (сингаз), который, химически реагируя в присутствии катализатора (железа или кобальта) превращается в жидкие углеводороды и другие побочные продукты.

Метанол в бензин (Methanol to gasoline process — MTG)

 

В начале 70-х гг. ХХ века компания Mobil разработала альтернативную технологию конверсии природного газа в синтез-газ, а синтез-газа в метанол. Затем метанол полимеризуется в присутствии цеолитного катализатора с образованием алканов (насыщенных углеводородов).

Метанол производится из метана (природного газа) посредством трех реакций: парового риформинга, конверсии водяного газа и синтеза. Затем он преобразуется в бензин по оригинальной технологии Mobil. Вначале метанол обезвоживается с получением диметилэфира, который, в свою очередь, далее дегидратируется в присутствии оригинального цеолитного катализатора ZSM-5, разработанного Mobil. В результате получается бензин, в котором содержание углеводородов с пятью и более атомами углерода достигает 80% по весу. Для прекращения реакции ZSM-5 деактивируется коксованием с добавлением избытка углерода. В дальнейшем катализатор может быть вновь активирован путем выжигания кокса потоком горячего (500 °C) воздуха. Однако число циклов реактивации ограничено.

Синтез-газ в бензин плюс (Syngas to gasoline plus process — STG+)

 

Этот способ основан на технологии MTG. В ходе непрерывного циклового термохимического процесса полученный из природного газа синтез-газ преобразуется в высокооктановый синтетический бензин. Весь цикл состоит из четырех этапов. Каждый этап осуществляется в отдельном реакторе с неподвижным слоем катализатора, которые последовательно соединены между собой.

Синтез метанола. В первом реакторе сингаз, проходя через слой катализатора, преобразуется в метанол, который подается во второй реактор.

Синтез диметилэфира (ДМЭ). Здесь метанол также проходит через слой катализатора и подвергается дегидратации, в результате чего на выходе получают ДМЭ.

Синтез бензина. В третьем реакторе поступивший ДМЭ с помощью катализаторов преобразуют в углеводороды, включающие парафины (алканы), ароматические углеводороды, нафтены (циклоалканы) и небольшое количество олефинов (алкенов). Все они имеют от 6 до 10 атомов углерода в молекуле.

Очистка бензина. В четвертом реакторе продукты, поступившие из третьего реактора, подвергаются трансалкированию и гидрогенизации. Это уменьшает содержание дурола (тетраметилбензола)/изодурола и триметилбензола, которые имеют высокие точки. Поэтому их содержание в бензине должно быть сведено к минимуму. В результате полученный синтетический бензин имеет высокое октановое число и необходимые вязкостные свойства.

Сепаратор. Здесь смесь, поступившая из четвертого реактора, конденсируется. Несконденсированный газ и готовый бензин разделяются. Большая часть газа направляется обратно в первый реактор для переработки. Полученный синтетический бензин состоит из парафинов, ароматических углеводородов и нафтенов.

Сжиженный природный газ (LNG)

Сжиженный природный газ (СПГ) (англ. Liquefied Natural Gas) – это природный газ, охлажденный до температуры сжижения. СПГ представляет собой бесцветную жидкость без запаха, которая не токсична и не вызывает коррозии. Кроме того, это не самовозгорающийся газ, что выгодно отличает его в плане безопасности. В жидком состоянии газ занимает гораздо меньший объем. Одинаковое количество СПГ и природного газа отличаются по объему в 600 раз. Чтобы наглядно представить себе это различие, сравните надувной пляжный мяч и шарик для пинг-понга.

Энергетический рынок огромен и добыча природного газа увеличивается с каждым годом. Поэтому роль СПГ, наряду со сжатым природным газом, газоконденсатными жидкостями (NGL) и GTL (газ в жидкость) в обозримом будущем будет возрастать.

Получение и хранение сжиженного природного газа

Сжижение природного газа – не новая технология, ей уже более ста лет. Она была запатентована в США в 1914 году, а через три года был построен первый завод. С тех пор производство СПГ прочно вошло в нефтегазовый сектор, однако повышенный интерес к нему стал проявляться только в последние годы в связи с ростом экологических требований к источникам энергии.

СПГ производят путем охлаждения природного газа, состоящего в основном из метана, до точки сжижения -162° по Цельсию. В процессе сжижения от газа отделяются и отфильтровываются кислород, сера, азот, двуокись углерода и вода. Поэтому полученный продукт отличается высокой чистотой. После сжижения газ транспортируется в жидком состоянии и в пункте назначения может быть опять восстановлен в газообразную фазу на специальных СПГ терминалах (регазификация).

В настоящее время существует несколько промышленных технологий сжижения природного газа, в основе которых лежит один из двух способов: каскадный процесс или процесс Линде (разновидностью его является процесс Клода).

В каскадном процессе газ, сжижающийся при более высокой температуре, используется в жидком виде для охлаждения и сжижения второго газа, находящегося под избыточным давлением, температура сжижения которого ниже. Второй сжиженный газ, в свою очередь, используется в третьем каскаде для охлаждения и сжижения еще более трудно конденсируемого газа и т.д. Для сжижения природного газа достаточны три цикла с использованием в качестве хладагентов пропана, этилена и метана.

Процесс Линде основан на эффекте Джоуля-Томсона. Предварительно охлажденный и находящийся под давлением газ пропускается через теплоизолированный трубопровод, в котором имеется сужение (дроссель) или пористая перегородка. За дросселем газ расширяется, в результате чего происходит его дальнейшее охлаждение. После нескольких таких циклов газ достигает температуры сжижения.

Хранится сжиженный природный газ при давлении от 3 до 10 бар в емкостях с вакуумной изоляцией. Температура хранения варьируется в зависимости от состава газа и давления. При атмосферном давлении температура СПГ не должна превышать -162° C.

Сжиженный природный газ как автомобильное топливо

Одним из главных преимуществ СПГ является снижение выбросов СО2 и других парниковых газов (до 30% по сравнению с бензином и дизтопливом). Это делает его весьма востребованным в контексте общей тенденции к более экологичным энергетическим решениям. Применение СПГ также позволяет укладываться в строгие современные нормы выбросов, чего не удается достичь с другими видами топлив.

Сжиженный природный газ (как и сжатый газ) существенно снижает коррозию и износ частей двигателя по сравнению с бензином. Это связано с тем, что газ не смывает масляную пленку со стенок цилиндра при холодном пуске. Дизельные моторы, работающие на природном газе, зачастую проходят свыше 800 000 км без капремонта.

Молекула метана обладает высокой стойкостью, поэтому октановое число природного газа составляет от 105 до 120 единиц, что является причиной его высокой антидетонационной стойкости. Выбросы двигателей, работающих на газе, чище, с меньшим содержанием углерода и твердых частиц (сажи).Объемная плотность энергии СПГ примерно в 2,4 раза выше, чем у сжатого природного газа. Плотность энергии сжиженного природного газа сравнима с пропаном и этанолом, но составляет лишь 60% плотности энергии дизтоплива, и 70% бензина.

Широкому коммерческому использованию СПГ препятствует более высокая стоимость производства и необходимость хранения в дорогостоящих криогенных резервуарах. Однако с учетом истощения запасов нефти, повышения экологических требований, газификация автомобильного транспорта, особенно тяжелых грузовиков и автобусов будет возрастать.

Евросоюз запускает стратегию чистого топлива

В январе 2013 года Европейская комиссия объявила амбициозный пакет мер, направленных на создание сети заправочных станций для всех видов альтернативного топлива в странах Евросоюза с общими стандартами по их разработке и использованию.

Альтернативные виды топлива

В качестве альтернативных видов топлива рассматриваются: сжиженный нефтяной газ (liquefied petroleum gas — LPG), природный газ и биометан (в виде CNG, LNG и GTL), электричество, биотопливо и водород.

LPG (сжиженный нефтяной газ — пропан), используемый как автомобильное топливо, в основном состоит из пропана и бутана, получаемых при добыче природного газа и нефти, а также на различных стадиях ее переработки на заводах. Возможно, что в будущем его будут получать и из биомассы. В настоящее время пропан является самым распространенным из альтернативных топлив. В Евросоюзе примерно 9 миллионов автомобилей используют пропан. Инфраструктура насчитывает около 28000 заправок.

Природный газ (метан) и биометан получают путем добычи ископаемого газа, а также из биомассы и отходов. Технологии использования сжатого природного газа (compressed natural gas — CNG) в двигателях внутреннего сгорания хорошо отработаны. Препятствием для их распространения является недостаточно развитая сеть заправок в большинстве стран Европы.

Сжиженный природный газ (liquefied natural gas — LNG) является привлекательным вариантом топлива для грузового транспорта благодаря его высокой энергетической плотности и низкому уровню выбросов загрязняющих веществ. Технологии использования в ДВС отработаны. Более широкому использованию мешает отсутствие инфраструктуры.

Технология GTL (Gas-to-Liquid – газ в жидкость) – химическое преобразование природного газа в моторное топливо. Процесс происходит в три этапа: получение из метана синтез-газа; преобразование синтез-газа в синтетическую нефть; получение из нефти высококачественного прямогонного бензина и дизтоплива. Дополнительной инфраструктуры не требуется, получаемые продукты полностью совместимы с существующими ДВС.

Электричество, как источник энергии для автомобилей, позволяет радикально изменить систему питания транспорта от единственного энергоресурса, такого как нефть, к универсальному энергоносителю, который может быть получен из множества первичных энергоресурсов. При этом вредные выбросы от транспортных средств полностью отсутствуют. Поэтому электромобили идеально подходят для городских условий. Замена ДВС на электродвигатели позволит снизить выбросы углекислого газа на 30%.

Автомобили на водородных топливных элементах обеспечивают большую дальность пробега по сравнению с батарейными электромобилями. Время для их заправки значительно меньше и сравнимо со временем заправки обычных автомобилей. Основными препятствиями для распространения водородомобилей являются их высокая цена (из-за дороговизны топливных элементов) и полное отсутствие заправочной инфраструктуры. Уровень выбросов парниковых газов при производстве водорода зависит от источника энергии. Сами водородомобили обладают нулевым выбросом углерода.

Биотопливо в техническом отношении может заменить нефть на всех видах транспорта с использованием существующих производственных мощностей и заправочной инфраструктуры. Однако его производство ограничено наличием плодородных земель и недостаточной стабильностью. Основными преимуществами жидких биотоплив являются их высокая энергетическая плотность и совместимость (в допустимых концентрациях) с существующими транспортными средствами.

Предложения Еврокомиссии

Всем членам Евросоюза предписано иметь на своей территории обязательный минимум заправочных/зарядных станций для природного газа, водорода и электромобилей с оборудованием, созданным по единым стандартам.

 

 

Электрические зарядные станции. Ситуация сильно различается в разных странах Евросоюза. Лидирующие позиции занимают Германия, Франция, Нидерланды, Испания и Великобритания. В предложениях Еврокомиссии для каждой страны индивидуально устанавливается обязательное минимальное число точек подзарядки с едиными зарядными разъемами. Целью является создание такого количества станций, которое бы позволило производителям наладить массовое производство электромобилей по разумным ценам. Для устранения неопределенности со стандартами электрический разъем Type 2 устанавливается как единый стандарт для всей Европы.

Водород. Германия, Италия и Дания уже имеют значительное количество водородных заправочных станций, хотя некоторые из них не являются общественными. Определенные компоненты, например, заправочные шланги, все еще требуют разработки и внедрения единых стандартов. Еврокомиссия предлагает соединить все существующие водородные заправки в единую сеть. Предложения относятся к 14 государствам, которые уже имеют такие заправки.

Биотоплива уже охватили около 5% рынка. В качестве топливных смесей с бензином и дизелем они не требуют отдельной инфраструктуры. Основная задача заключается в повышении их устойчивости.

Сжиженный природный газ используется как топливо для грузовиков, однако только 38 заправочных станций существует в Евросоюзе. Еврокомиссия предлагает, чтобы к 2020 году на каждые 400 километров Трансевропейской сети автодорог приходилась одна заправочная станция.

Сжатый природный газ в настоящее время используют 1 миллион автомобилей, что составляет 0,5% от их общего количества. К 2020 году их число должно возрасти в 10 раз. Еврокомиссия предлагает, чтобы по всей Европе к 2020 году одна общественная заправочная станция с едиными стандартами приходилась не менее чем на каждые 150 километров.

Для сжиженного нефтяного газа никаких дополнительных мер не предусматривается, так как инфраструктура в настоящее время достаточно развита.